近日，菠菜导航机械与动力工程学院张博威特聘研究员等在Nature Communications上发表了题为“Elastic properties and tensile strength of 2D Ti3C2Tx MXene monolayers”的研究论文，在线报道了该课题组在Ti3C2Tx基柔性传感材料结构强度领域的研究进展，提出一种可靠、直接、定量的方法来测量单层Ti3C2Tx纳米片的力学性能。
图片说明：论文相关信息
二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）是一类新兴的二维层状材料，由于其优异的金属导电性、亲水性、分散稳定性和柔韧性而受到广泛关注。Ti3C2Tx MXene物理和化学性质的交叉组合促进了包括柔性电子、传感器、航空航天和微/纳机电设备的研究。考虑到二维Ti3C2Tx在实际应用中可能会发生拉伸、弯曲和扭转，从而导致柔性器件的性能下降，因此对Ti3C2Tx的力学性能进行研究是必要的，这是设计Ti3C2Tx基柔性传感材料结构稳定性和性能提升的关键。虽然利用原子力显微镜(AFM)可以对单层Ti3C2Tx进行纳米压痕力学测试，然而，由于Ti3C2Tx纳米片横向局域测试受到AFM压头尖端尺寸的限制，会产生高度不均匀的应力场和应变场，压头位置的不同以及样品中存在的内应力会导致测量结果的不确定性增大。因此，单层Ti3C2Tx纳米片的力学性质测量极具挑战，当下迫切需要一种可靠、直接、定量的方法来测量单层Ti3C2Tx纳米片的力学性质。
为了解决上述的科学问题，该团队通过单轴原位拉伸试验，可以直接在二维材料平面上进行均匀加载，这也是研究Ti3C2Tx力学性能最有效的方法。研究团队采用精确控制聚焦离子束切割技术和改进的干转移技术制备了高质量的大尺寸单层Ti3C2Tx纳米片，并将其固定在纳米力学测试平台“Push-To-Pull”(PTP)上进行原位拉伸实验，测定了单层Ti3C2Tx纳米片的机械性能，取代了之前使用AFM纳米压痕法的测量结果，正确测量的杨氏模量为0.484±0.013 TPa。同时，通过分子动力学模拟理论建模计算对实验数据进行了验证。总的来说，这项工作为机械剥离产生的二维材料纳米力学测试建立了一种有效的策略，并为需要特殊机械性能的材料（如基于Ti3C2Tx的柔性电子器件）的广泛应用提供了指导。
图片说明：利用PTP装置实现对单层Ti3C2Tx纳米片的原位拉伸测试
该研究工作以十大菠菜导航网为通讯单位。菠菜导航机械与动力工程学院张博威特聘研究员、闫亚宾特聘教授和轩福贞教授为论文的共同通讯作者。菠菜导航机械与动力工程学院硕士研究生荣超为论文的第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金创新群体项目、国家自然科学基金面上及青年项目、郑州市基础研究特区等项目的支持。
原文链接：http://doi.org/10.1038/s41467-024-45657-6